[发明专利]SF6电气设备内分解气体组分在线监测系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及高压电气设备在线监测技术领域，具体涉及一种SF₆电气设备内分解气体组分在线监测系统及方法。 

背景技术

SF₆气体具有优良的绝缘性能，广泛应用在高压电气设备中。运行中的SF₆电气设备由于制造、安装、运行时内部可能出现各种缺陷，发生放电（电弧放电、火花放电、电晕或局部放电）和过热故障，导致SF₆气体发生分解，生成各种气体组分，主要有SF₄，SOF₂，SO₂F₂，SOF₄，SO₂，CO，H₂S，HF和CF₄等。对于运行中的电气设备，分析检测SF₆气体的分解产物是判断SF₆气体绝缘设备内部运行情况的一个强有力手段，离线检测分析手段多元化，主要包括色谱法、红外吸收法、光声光谱法、紫外荧光法、电化学传感器法和检测管法。 

其中，红外吸收光谱法和光声光谱法均是基于气体分子与特定波长的红外光发生吸收作用伴随的物理现象实现对待测气体的检测，且均具有抗干扰能力强、能够对同一样本进行重复多次检测等优点，特别适用于SF₆分解气体的在线监测。但相比光声光谱法，红外吸收光谱法对吸收光程要求较高，吸收气室较大，检测时需要的样气量大，且需要比较透射光强与入射光强来确定气体对光的吸收量，极大的制约了检测精度。光声光谱是基于光声效应的光谱技术，光声效应是由气体分子吸收特定波长的红外辐射而产生，气体分子吸收特定波长的红外光后由基态进入激发态，随即以释放热能的方式退激，释放出的热能使气体产生压力波，压力波的强度与气体分子的浓度成比例关系，通过检测压力波的强度可反演计算得到待测气体的浓度。光声光谱可以直接测量吸收量，极大地提高检测灵敏度和精确度，通过使用谐振式光声池，可以大大减小光声池的体积，同时也减小了对样气量的需求，维护简单，适宜于电气设备中多种气体分解组分的在线监测。结合实际现场检测结果和文献报道，SF₆电气设备内部过热和放电故障较为重要的气体分解组分主要有SO₂、H₂S、CF₄和CO四种气体组分。利用光声光谱法对多种SF₆分解组分气体的成分及其含量进行实时监测，对于衡量放电和过热故障总体水平、发展趋势，预防故障的发生，保证电力设备的安全运行有重要的作用。 

现有的六氟化硫局部放电下分解组分的光声检测装置及方法，如2012年6月13日公告的，授权公告号为“CN 101982759 B”的专利“局部放电下六氟化硫分解组分的红外光声光谱检测装置及方法”。该专利中的红外光声光谱系统的主要装置有：宽谱红外光源、硒化锌透镜、斩波器、滤光片轮、光声池、微音器、温度传感器、锁相放大器等。公开的方法是通过旋转滤光片轮，选择性透过对应于不同分解组分的不同波段的调制红外光，并使用机械斩波器对其进行调制，通过检测分解组分在光声池内因光声效应产生的微弱声信号，实现对不同组分的检测。该专利的不足之处是： 

（1）滤光片主要采用镀膜技术对红外光进行选择性透过，采用滤光片对红外光进行波长选择时，透射的红外光线宽较宽，会造成交叉干扰，需要对数据进行二次处理，不利于现场快速检测。

（2）机械斩波器转动造成的机械噪声与光声信号频率相同，增大了光声检测的系统噪声，在空气中产生声扰动和斩波频率晃动引起声信号起伏，其频率与光声信号的频率相关，而且扰动噪声随着斩波频率的增加迅速增大，这些因素都严重影响光声信号的检测信噪比，从而降低了对气体组分的检测灵敏度。 

（3）该系统不能直接与GIS装置相连接，检测的时候需要将GIS装置内的气体用采样钢瓶或者采气袋取出，注入到光声光谱检测装置中，增加了检测的复杂性，未能实现对设备的在线监测，不仅需要消耗SF₆气体，还会造成SF₆的外排。